【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高分子复合材料，涉及复合材料中纤维的改性与复合材料的力学性能，更具体的涉及一种高强度抗疲劳连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、高性能连续纤维增强聚合物基复合材料是由高强度的连续纤维与树脂基体结合形成的复合材料。树脂基体作为连续纤维增强体的粘合剂，负责传递纤维之间的载荷，连续纤维作为基体的增强体，是连续纤维复合材料高强度的主要支撑者。高性能连续纤维增强聚合物复合材料以其优越的力学性能、良好的环境稳定性以及轻量化等特点逐步取代金属等传统结构材料。连续芳纶纤维作为一种有机纤维复合材料，它在连续纤维增强复合材料中备受关注。然而连续芳纶纤维虽然性能优异，但因其高取向度且表面呈惰性，与大多数树脂基体的结合力较差。为了改善芳纶纤维这一缺点，研究者们通过对芳纶纤维进行表面改性从而提高了芳纶纤维与树脂基体的界面结合性能。
2、同时，纤维在复合材料中的排列结构对于复合材料的力学性能至关重要，迄今为止有很多研究者仿生天然结构制备了具有优异强度和韧性的纤维复合材料，并在各种领域具有广阔的应用前景。
技术实现思路
1、本专利技术为了提高连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料的力学性能，提供了一种高强度抗疲劳连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料及其制备方法。
2、本专利技术对连续芳纶纤维进行了简易改性增强了芳纶纤维与不饱和聚酯树脂基体间的结合强度，提高连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料的抗拉强度和抗疲劳性能。
3、本专利技术由如下
4、进一步的，包括如下步骤：
5、（1）连续芳纶纤维的表面改性：连续芳纶纤维在乙酸乙酯中浸泡24 小时表面预处理去除纤维表面杂质后烘干；
6、按照质量比为1:1配制聚多巴胺与聚乙烯亚胺的混合溶液，加入三（羟甲基）氨基甲烷调节ph至8.5，再次搅拌均匀作为改性混合溶液；
7、将预处理的连续芳纶纤维浸在连续芳纶纤维中，37℃、180 rpm保持24小时后取出，用去离子水洗去纤维表面附着的杂质，烘干后得到聚乙烯亚胺-聚多巴胺改性连续芳纶纤维；
8、（2）浸胶：在不饱和聚酯树脂中加入促进剂过氧化甲乙酮和引发剂环烷酸钴作为胶液，不饱和聚酯树脂、过氧化甲乙酮和环烷酸钴的质量比为100：1：2；
9、室温下将聚乙烯亚胺-聚多巴胺改性连续芳纶纤维置于胶液中进行浸胶，刮去多余树脂，按密质骨的胶原纤维层间排列方式将浸胶的聚乙烯亚胺-聚多巴胺改性连续芳纶纤维排列，放在干燥的模具中；
10、（3）固化：合模初始时施加10 mpa接触压力，等待不饱和聚酯树脂变成凝胶状态后将模具置于烘箱中，60℃固化12小时，得到高强度抗疲劳连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料。
11、进一步的，所述芳纶纤维为对位芳纶纤维，凯夫拉29,1500 d。
12、进一步的，步骤（1）中所述的聚多巴胺与聚乙烯亚胺的混合溶液配置时，聚多巴胺溶液的浓度为2 mg/ml，聚乙烯亚胺的浓度为2mg/ml，所述聚多巴胺与聚乙烯亚胺的质量浓度比为1：1。
13、步骤（2）中所述不饱和聚酯树脂为191型不饱和聚酯，树脂固化成型时，先在不饱和聚酯树脂中加入促进剂，混合均匀后再加入引发剂搅拌均匀，在树脂达到凝胶状态前将连续芳纶纤维进行浸胶。
14、本专利技术还提供了利用上述方法制备的高强度抗疲劳连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料。
15、本专利技术提出了一种易操作的连续芳纶纤维改性方法和连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料的仿生结构。该改性方法通过聚多巴胺和聚乙烯亚胺的迈克尔加成反应和席夫碱反应将聚多巴胺和聚乙烯亚胺接枝到连续芳纶纤维上，同时改性后的连续芳纶纤维仿生密质骨中胶原纤维的层层排列结构，制备了高强度抗疲劳连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料。
16、所述的芳纶纤维为对位芳纶纤维，凯夫拉29,1500 d，除此之外本专利技术方法也可以应用于现有其他型号芳纶纤维，经本专利技术处理后不会对这些芳纶纤维产生不利影响，这些芳纶纤维也在本专利技术的保护范围内。
17、本专利技术采用多巴胺和聚乙烯亚胺对连续芳纶纤维进行表面化学改性，改性制备条件温和，操作简单，易于实现工业上的规模化生产；本专利技术采用简单温和的操作对连续芳纶纤维进行表面改性提高了连续芳纶纤维与不饱和聚酯树脂的界面结合能力，并仿生密质骨的胶原纤维层层排列结构制备了连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料，具有良好的抗拉强度与抗疲劳性能；本专利技术提供的高强度抗疲劳连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料以其优异的抗拉强度和抗疲劳性能有望广泛应用于深海采矿、医疗器械、航空航天等多个
的主要承力材料。
18、本专利技术仿生人体密质骨中胶原纤维的层层排列结构将改性后的芳纶纤维取向排列制备了具有高强度抗疲劳的芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料，所得材料界面结合强度达40.60 mpa、抗拉强度达959.07 mpa，相比未改性连续芳纶纤维复合材料界面结合强度提高了82.47%、抗拉强度提高了34.19%。在600 mpa下的疲劳寿命达到了76万次，相比未改性连续芳纶纤维复合材料（16万次）提高了385%；在500 mpa下的疲劳寿命达到了1047万次，相比未改性连续芳纶纤维复合材料（281万次）提高了273%；在400 mpa下的疲劳寿命达到了8710万次，相比未改性连续芳纶纤维复合材料（2511万次）提高了247%。而且工艺简单易于规模化生产、成本低，在科学研究和实际应用领域具有重要的意义。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高强度抗疲劳连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料的制备方法，其特征在于：以不饱和聚酯树脂为基体，聚乙烯亚胺-聚多巴胺改性连续芳纶纤维为增强体，利用聚多巴胺和聚乙烯亚胺的迈克尔加成反应和席夫碱反应将聚多巴胺和聚乙烯亚胺接枝到连续芳纶纤维上，将改性后的连续芳纶纤维仿生密质骨的胶原纤维排列结构，制备高强度抗疲劳连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述芳纶纤维为对位芳纶纤维，凯夫拉29,1500 D。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的聚多巴胺与聚乙烯亚胺的混合溶液配置时，聚多巴胺溶液的浓度为2 mg/ml，聚乙烯亚胺的浓度为2mg/ml，所述聚多巴胺与聚乙烯亚胺的质量浓度比为1：1。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述不饱和聚酯树脂为191型不饱和聚酯，树脂固化成型时，先在不饱和聚酯树脂中加入促进剂，混合均匀后再加入引发剂搅拌均匀，在树脂达到凝胶状态前将连续芳纶纤
6.利用权利要求1-5中任一所述方法制备而成的高强度抗疲劳连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料。
7.根据权利要求6所述的高强度抗疲劳连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料，其特征在于：所述高强度抗疲劳连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料中连续芳纶纤维仿生密质骨胶原纤维致密结构取向排列，界面结合强度达40.60 MPa、抗拉强度达959.07 MPa，在600 MPa下的疲劳寿命达到了76万次，在500 MPa下的疲劳寿命达到了1047万次，；在400MPa下的疲劳寿命达到了8710万次。
...【技术特征摘要】
1.一种高强度抗疲劳连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料的制备方法，其特征在于：以不饱和聚酯树脂为基体，聚乙烯亚胺-聚多巴胺改性连续芳纶纤维为增强体，利用聚多巴胺和聚乙烯亚胺的迈克尔加成反应和席夫碱反应将聚多巴胺和聚乙烯亚胺接枝到连续芳纶纤维上，将改性后的连续芳纶纤维仿生密质骨的胶原纤维排列结构，制备高强度抗疲劳连续芳纶纤维/不饱和聚酯树脂复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述芳纶纤维为对位芳纶纤维，凯夫拉29,1500 d。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的聚多巴胺与聚乙烯亚胺的混合溶液配置时，聚多巴胺溶液的浓度为2 mg/ml，聚乙烯亚胺的浓度为2mg/ml，所述聚多巴胺与聚乙烯亚胺的质量浓度比为...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡银春，张艳，靳志斌，陈可欣，周琼，王莹莹，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。